采用YSZ：Eu荧光物质进行等离子喷涂热障涂层的非接触温度测量
发布时间：2021-06-11 07:28
热障涂层在诸如航空发动机和地面燃气轮机等许多涉及高热通或者高温的环境中显示出了非常广阔的应用前景。从根本上说,热障涂层的寿命由陶瓷层/金属粘结层界面的温度决定。因此,精确测量发动机操作环境下陶瓷层/金属粘结层界面的温度对预测热障涂层寿命、研究涂层失效机理以及设计理想的冷却系统至关重要。热像荧光温度测量技术已经被证明即使在恶劣环境下也能够非常有效地进行无接触、原位温度测量。热像荧光物质主要由镧系稀土元素掺杂陶瓷主材料组成,其中稀土元素为荧光中心。当这种技术应用于热障涂层中,且热像荧光物质为稀土元素改性热障涂层陶瓷层的成分时,荧光层可以被称为“传感层”,而热障涂层也可以被称为“传感热障涂层”。在脉冲光源的激发下,荧光物质的荧光信号显示出指数衰减的特征,并且衰减寿命随着温度的增加而缩短。通过测量衰减寿命,便可以获得荧光物质所在位置的温度信息。本文的目标是制备等离子喷涂传感热障涂层,并建立荧光测温系统,从而实现热障涂层陶瓷层/粘结层界面处温度的非接触测量。由于Eu与其它稀土元素相比具有更优异的温度性能,因此本文的主要研究对象为Eu掺杂氧化钇稳定氧化锆（YSZ）荧光层,荧光层位于未掺杂YSZ首层...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
现代热障涂层示意图
一般为一种或两种 Co、Ni、Fe 元素。Table 1-1 Summary of functions, properties, common material and deposition methods of TBCsystem constituents. M* refers to metallic element, typically one or two of Co, Ni of Fe.Layer Function Main Properties MaterialDepositionprocessTop-coatThermal insulation,reduces metaltemperatureHigh strain tolerance,low thermalconductivityYSZAPS/EB-PVDTGOReaction product ofAl-rich bond coat, actas oxidation barrierDense, adherent oxidelayer, phasecompatible with TBCMostly-Al2O3-Bond coatImproves adhesion ofTBC, oxidationprotection of substrateOxidation resistantMCrAlY*/PtNiAlAPS/HVOF/VPS/LPPSSubstrate Takes structural loadingCreep, fatigue,oxidation and hotcorrosion resistantNi-basesuperalloy-
图 1-5 (a)等离子喷涂和(d)电子束物理气相沉积获得的 YSZ 首层示意图。(b-c)为等离子喷涂 YS首层的横截面扫描图；(e-f)电子束物理气相沉积 YSZ 首层的横截面扫描图。Fig. 1-5 Schematic microstructures of (a) air plasma spray (APS) and (d) electrical beam physical vapodeposition (EBPVD) YSZ top coat. (b-c) SEM images of the cross-sections of APS YSZ top coat. (e-fSEM images of the cross-sections of EB-PVD YSZ top coat.EB-PVD 技术比 APS 技术更为先进，也更加昂贵。EB-PVD 制备涂层时，使用高能电子束熔化并蒸发陶瓷靶材，预热过的基板固定于蒸汽中，蒸发的陶瓷层材料的气体沉积在基板上，形成陶瓷层。为了保证氧化锆的化学计量比，沉积过程需要在低压氧气的环境中进行[56]。EB-PVD 制备的 YSZ 依靠化学键粘附在基板上[52]。EB-PV制备的热障涂层具有以下特点(如 1-5(d-f)图所示)：a) YSZ 层为独特的柱状结构；b) 柱状结构之间存在纳米孔隙；c) 纳米孔隙形成垂直于陶瓷/金属界面的通道，并将柱状晶分离开来。这种特别的柱状结构提高了涂层的应变相容性。但垂直的通道与热流的方向平行，因此提高了热导率，EB-PVD 制备的陶瓷层的热导率高于 APS 制备的涂
【参考文献】：
期刊论文
[1]热障涂层材料与技术的研究进展[J]. 撒世勇,王大伟. 腐蚀科学与防护技术. 2014(05)
[2]热障涂层材料及其制备技术的研究进展[J]. 张天佑,吴超,熊征,周圣丰. 激光与光电子学进展. 2014(03)
[3]热障涂层的研究现状与发展趋势[J]. 刘纯波,林锋,蒋显亮. 中国有色金属学报. 2007(01)
[4]ESR研究ZrO2纳米晶的点缺陷[J]. 侯碧辉,施朝淑,江毅,王大志,梁任又,杨炳忻. 科学通报. 1994(13)
博士论文
[1]等离子喷涂纳米陶瓷热障涂层组织与性能研究[D]. 王文权.吉林大学 2005
硕士论文
[1]稀土掺杂氧化锆纳米晶的制备及发光性能研究[D]. 周单.江西理工大学 2014
本文编号：3224112
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
现代热障涂层示意图
一般为一种或两种 Co、Ni、Fe 元素。Table 1-1 Summary of functions, properties, common material and deposition methods of TBCsystem constituents. M* refers to metallic element, typically one or two of Co, Ni of Fe.Layer Function Main Properties MaterialDepositionprocessTop-coatThermal insulation,reduces metaltemperatureHigh strain tolerance,low thermalconductivityYSZAPS/EB-PVDTGOReaction product ofAl-rich bond coat, actas oxidation barrierDense, adherent oxidelayer, phasecompatible with TBCMostly-Al2O3-Bond coatImproves adhesion ofTBC, oxidationprotection of substrateOxidation resistantMCrAlY*/PtNiAlAPS/HVOF/VPS/LPPSSubstrate Takes structural loadingCreep, fatigue,oxidation and hotcorrosion resistantNi-basesuperalloy-
图 1-5 (a)等离子喷涂和(d)电子束物理气相沉积获得的 YSZ 首层示意图。(b-c)为等离子喷涂 YS首层的横截面扫描图；(e-f)电子束物理气相沉积 YSZ 首层的横截面扫描图。Fig. 1-5 Schematic microstructures of (a) air plasma spray (APS) and (d) electrical beam physical vapodeposition (EBPVD) YSZ top coat. (b-c) SEM images of the cross-sections of APS YSZ top coat. (e-fSEM images of the cross-sections of EB-PVD YSZ top coat.EB-PVD 技术比 APS 技术更为先进，也更加昂贵。EB-PVD 制备涂层时，使用高能电子束熔化并蒸发陶瓷靶材，预热过的基板固定于蒸汽中，蒸发的陶瓷层材料的气体沉积在基板上，形成陶瓷层。为了保证氧化锆的化学计量比，沉积过程需要在低压氧气的环境中进行[56]。EB-PVD 制备的 YSZ 依靠化学键粘附在基板上[52]。EB-PV制备的热障涂层具有以下特点(如 1-5(d-f)图所示)：a) YSZ 层为独特的柱状结构；b) 柱状结构之间存在纳米孔隙；c) 纳米孔隙形成垂直于陶瓷/金属界面的通道，并将柱状晶分离开来。这种特别的柱状结构提高了涂层的应变相容性。但垂直的通道与热流的方向平行，因此提高了热导率，EB-PVD 制备的陶瓷层的热导率高于 APS 制备的涂
【参考文献】：
期刊论文
[1]热障涂层材料与技术的研究进展[J]. 撒世勇,王大伟. 腐蚀科学与防护技术. 2014(05)
[2]热障涂层材料及其制备技术的研究进展[J]. 张天佑,吴超,熊征,周圣丰. 激光与光电子学进展. 2014(03)
[3]热障涂层的研究现状与发展趋势[J]. 刘纯波,林锋,蒋显亮. 中国有色金属学报. 2007(01)
[4]ESR研究ZrO2纳米晶的点缺陷[J]. 侯碧辉,施朝淑,江毅,王大志,梁任又,杨炳忻. 科学通报. 1994(13)
博士论文
[1]等离子喷涂纳米陶瓷热障涂层组织与性能研究[D]. 王文权.吉林大学 2005
硕士论文
[1]稀土掺杂氧化锆纳米晶的制备及发光性能研究[D]. 周单.江西理工大学 2014
本文编号：3224112
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